使用树莓派制作智能小车

原创
2017/05/12 15:34
阅读数 5.1K

智能小车演示视频

该项目我会开源,欢迎感兴趣的各路人马收藏!

项目概述

  • 平台--树莓派搭载轻量级Linux系统,树莓派官方会提供
  • 开发语言:Python
  • 理解树莓派GPIO引脚
  • 控制电机的板子--L298N驱动板
  • 树莓派控制GPIO引脚输出高低电平控制L298N驱动版

 

1.智能小车外观展示

由于制作的初衷是送给我一岁多的闺女当作玩具的,所以给小车起名字叫--洋洋,闺女属羊的,就用了谐音。

先来长洋洋的侧面照

再来张洋洋的正面照:

2.树莓派简介

展示完毕小车的整体样子后,我们开始我们的正文,该篇文章使用的是树莓派板子,所以DIY冲动的朋友可以到各大商城购买一块最新版的树莓派,铛铛铛铛:

树莓派长这个样子,具体的各个插槽及接口都是什么意思呢,详细讲解的话会使该篇文章显得拖沓,放在其它篇幅讲解,目前不懂没关系,不会影响到我们制作智能小车的,跟着我一步步的进入探索之旅吧。

3.智能小车底盘的制作

3.1车轮的选择

既然是小车,当然就得有车轱辘,车轱辘的选择真是太多了,到各大商城上搜索,五花八门,看的真是眼花缭乱。首先得根据个人喜好选择车轮的外围尺寸,有人习惯大轮子,看起来酷酷蛮拉风,当然大轮子重量上比较重,导致还要给它配上一副功率相对大的电机--马达。我就喜欢大一点的轮子,因为以后还要在此基础上添加很多的传感器,传感器可以帮助我们测距离,感应前方是否有人,周围环境的温度及湿度还有噪音的分贝等等,是不是迫不及待的想动手制作属于我们自己的玩具或者传感器站。

展示一下我的车轱辘:

外围尺寸:6.5CM

车轮宽度:2.6Cm

孔径(上面右图所示):六边形(边长7mm, 对边到对边是12mm)

选择配套的六角联轴器链接车轮(圆柱内孔径:5mm):

六角联轴器与车轮链接起来后的样子:

到此,车轱辘部分组装完成。

3.2电机的选择

上文也提到,想让小车自己动起来,那就少不了提供动能的电机,电机选择起来也不那么容易,首先不能太贵,其次最好跟六角联轴器配套,这样安装起来省很多麻烦。由于六角联轴器的孔径为5mm,选择电机时,我们首当其冲的就是电机对外突出的轴的直径为5mm,这样直接插入到六角联轴器孔中,再次用小螺丝(购买六角联轴器时会提供,并没有展示固定用的小螺丝)固定一下就完成电机与轮子的组装。

我选择的电机的轴径为4mm,第一次制作没有考虑那么多,不过有六角联轴器有固定螺丝,可以很好的把电机轴跟六角联轴器固定在一起。

3v -33转/分钟 6V - 133转/分钟 12V - 258转/分钟

现在我们不着急把电机跟车轮连在一起,因为还缺少一个电机的固定座。固定座的作用把电机固定在小车的透明亚克力板(俗称塑料板)。开始我们的电机固定座选择,商城中搜索“电机座”,寻找符合我们条件的电机座,与电机固定的孔径为 3mm,这个很重要,因为电机前端固定孔直径为3mm。真是注意的细节太多了,一环扣一环,环环相扣,而且在北京,基本没有DIY的五金店,DIY全都是南方的企业在做,而且北方并没有代理商,而且只能网上购买。制作过程中杜邦线(就是细细的电线,制作成两头方便插拔的)不够了,到一个大型的建材批发城,被人一脸鄙视加不屑的“轰”了出来,无奈。如果你嫌麻烦,或者动手能力差的话,那么就购买现成的玩具小车底盘(含有马达的那种更省事)。

3.3智能小车车体的制作

挑来挑去,选择了如下的电机座(每个小孔径直径3mm),不配备螺丝与螺帽,更没有垫片,说到垫片不得不说六角联轴器,也是没有配备垫片的,不知道一个小小的垫片能有多少钱。

电机固定座(¥4.5)一个小小的铁片竟然值这个价格,如果你有条件的话很容易制作出来的,不必花这冤枉钱,我没有电钻,没办法钻孔。

既然没有配备螺丝,那我们还要购买3mm的螺丝及3mm的螺帽,我也是第一次知道购买螺丝只是螺丝并没有螺帽,螺帽还得花钱购买。我第一次买回来后,傻眼了并么有螺帽,抓狂~~~这样网购的事情来来回回还几次,真是隔行如隔山啊,不亲身体验事情的原本,根本没有身临其境的感受。

3mm的螺丝,3mm的螺帽,3mm的垫片。一切就绪,开始组装。等等,哪里不对劲,安装在哪里呢,还缺少一个亚克力板(俗称塑料板)作为小车的载体。开始选择小车板吧,根据自己的喜好,我选择了:透明200*300*3mm规格的板子。

我购买的板子是没有钻孔的,需要自己想办法钻孔,这里推荐你购买已经钻过孔的小车板子,注意一点的是孔的直径大小为3mm,需要固定电机座,孔之间的距离跟电机座上面的孔距离一直,否则也是没有用的。

钻孔的过程是极其手疼的,因为我没有电钻。所以对于喜欢DIY的朋友来说,一把电钻是必不可少的工具。

四个电机座固定在小车板上后,开始把车轮子固定在车上,由于我们制作的是两后驱动小车,所以把电机固定在后面的电机座上,把车轮固定在电机轴上。这样后面车轮固定了,前面两个车轮如何固定呢?

我的做法不是最好的,因为之前选车轮子时决定了我现在必须按照如下步骤安装车轮子:

首先我们需要两个轴承,两根直径5mm长度8cm的两根小钢棍当作小车的前轴(我们称之为A,B轴,方便下文描述),与左右车轮相连接。

想办法把两个轴承通过电机座固定在小车板上,因为车轮上安装轴承有相当大的困难,我试图寻找解决方案,结果放弃了。

然后再分别把A,B轴固定在两个轴承上,固定好以后。就可以分别在A,B轴上安装车轮了,安装起来相对简单。

到此,智能小车的底盘制作完成。来个全景图:

 

4.链接电机和控制器

控制器的选择:

我们制作的两驱智能小车,使用的直流电机370。

电机规格:3V -33转/分钟 6V - 133转/分钟 12V - 258转/分钟

电机驱动器:L298N双H桥直流电机驱动器

4.1为L298N控制器供电

L298N控制器工作电压为5V。

有两种方式为L298N供电

1.通过板载5V输出使能接口提供稳定的5V电压(通过一个稳压芯片提供稳定的5V电压),使能帽不要拔出来,而且通过12V输入接口提供12V电压,电压不能大于12V电压,否则会烧毁稳压芯片,看着流泪吧!此时5V输入接口的功能改变为:对外提供5V电压。切记不能再对L298N提供电压,否则也会烧毁稳压芯片。

链接说明:12V输入接口通过一个开关(此时为断开状态)连接电源的"+"极,电源地(GND)链接电源的"-"极。

2.通过5V输入接口提供5V的电压,此时板载5V输出使能脚帽要拔出来。

链接说明:5V输入接口连接树莓派的2号引脚,电源地(GND)链接树莓派的6号引脚

从另一个角度说明"板载5V输出使能":

对板载5V输出使能讲解一下:当通过12V输入接口提供12V的电压时,板载5V输出使能接口通过稳压芯片可以给板子提供稳定的5V电压是板子开始工作,这时5V输入接口变成了输出5V电压,一定不要通过5V输入接口提供5V的电压,否则,会烧毁稳压芯片的,切记!切记!切记!当提供的电压大于12V情况,必须拔掉板载5V输出使能帽,通过外部电源通过5V输入提供5V的电压。

理解了板载5V输出使能接口,5V输入接口的功能,接下来我们开始连线。

我们选择提供12V电压的电源为L298N供电,注意两点:

1.板载5V输出使能 为控制器供电

2.通过控制器5V输入接口为树莓派供电(当使L298N为树莓派供电时,树莓派切记不要连接外部电源)

链接说明:

电源的正极出来后接一个开关(断开状态), 电源地(GND)链接电源的负极--这一步放在最后链接,等链接完成后再供电

5V输入接口链接树莓派 2号引脚, 树莓派6(GND)号引脚链接电源地(GND)

单片极IO输入链接树莓派的 19, 23, 22, 26号引脚

链接过程可以借助面包版

链接完成后,检查两遍线路,没问题后接通开关,查看指示灯的状态是否正确。

开始编程:

电机驱动器的工作原理

A通道使能(ENA) ENA = 1 ENA = 1 ENA = 1 ENA = 0

IN1

1 0 0 任意

IN2

0 1 0 任意

效果

电机正传 电机反转 电机停止 电机停止

 

因为我们使用RPi.GPIO库,只需用下列命令向树莓派引脚发送高低电平就可控制电机的旋转。

GPIO.setup(PinNumber, GPIO.OUTPUT)

GPIO.out(PinNumber, GPIO.HIGH)

GPIO.out(PinNumber, GPIO.LOW)

我们可以一个交互式Python脚本修改电机控制器的输入信号,对电机进行控制。

链接好电机和电源以后,为了测试不同命令的执行效果,把智能小车的后轮抬高,防止在地上乱跑。只有在修复了代码中的Bug以后(不要太乐观,错误总是伴随着你粗心和兴奋而来)才能进行下一个环节,在不同的环境下测试效果。现在的工作相当于在生产车间对车辆进行改造。

IN1 - 19脚

IN2 - 23脚

IN3 - 24脚

IN4 - 26脚

把后轮抬高离开地面,创建一个Python脚本,名为car.py:

import RPi.GPIO as GPIO

import time

GPIO.setwarinings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

gpio_in1 = 19
gpio_in2 = 23

gpio_in3 = 24
gpio_in4 = 26

GPIO.setup(gpio_in1, GPIO.OUT)
GPIO.setup(gpio_in2, GPIO.OUT)

GPIO.setup(gpio_in3, GPIO.OUT)
GPIO.setup(gpio_in4, GPIO.OUT)

def lForward():
    GPIO.output(gpio_in1, GPIO.LOW)
    GPIO.output(gpio_in1, GPIO.HIGH)

def rForward():
    GPIO.output(gpio_in3, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(gpio_in4, GPIO.LOW)

def rBackground():
    GPIO.output(gpio_in3, GPIO.LOW)
    GPIO.output(gpio_in4, GPIO.HIGH)

def lBackground():
    GPIO.output(gpio_in1, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(gpio_in2, GPIO.LOW)

def lStop():
    GPIO.output(gpio_in1, GPIO.LOW)
    GPIO.output(gpio_in2, GPIO.LOW)

def rStop():
    GPIO.output(gpio_in3, GPIO.LOW)
    GPIO.output(gpio_in4, GPIO.LOW)


def allStop():
    lStop()
    rStop()

lForward()
rForward()
time.sleep(2)
lBackground()
rBackground()
time.sleep(2)
allStop()

保存后,用下面命令运行car.py查看运行效果:

sudo python3 car.py

 

如果正确无误,车轮会向前旋转2秒,暂停,再向后旋转两秒,然后停止旋转,试试其他的值,熟悉小车的状态。

接下来编写一个脚本controlcar.py,使用字符菜单来控制智能小车的行走轨迹。

import  car

if __name__ == "__main__":
    try:
        while True:
            print("W to car forward")
            print("X to car background")
            print("A to car turnLeft")
            print("D to car turnRight")
            print("S to car stop")
            print("Q to exit")

            user_choice = input("Choice:")
            if user_choice == "W" or user_choice == "w":
                car.forward()
                time.sleep(5)
            elif user_choice == "X" or user_choice == "x":
                car.background()
                time.sleep(5)
            elif user_choice == "A" or user_choice == "a":
                car.turnLeft()
                time.sleep(5)
            elif user_choice == "D" or user_choice == "d":
                car.turnRight()
                time.sleep(5)
            elif user_choice == "S" or user_choice == "s":
                car.allStop()
            elif user_choice == "Q" or user_choice == "q":
                GPIO.cleanup()
                break
            else:
                print("Enter Error!!!")
    catch(ValueError):
        GPIO.cleanup()
        print("valueError")
        

保存,用下列命令执行脚本controlcar.py

sudo pyhton3 controllcar.py

可以得到如图所示的命令窗口:

W to car forward
X to car background
A to car turnLeft
D to car turnRight
S to car stop
Q to exit
Choice:

对电机驱动器L298N操作不清楚的,可到这里查看具体使用:http://www.mz6.net/news/android/7222.html

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引用来自“枫TI”的评论

引用来自“SaoHang”的评论

大佬,车子 不会转弯吧!
后轮驱动,一个向前转一个向后转就可以拐弯了,切记前轮一定要个转个的

谢谢大佬,指点。
2017/06/07 17:41
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枫TI博主

引用来自“SaoHang”的评论

大佬,车子 不会转弯吧!
后轮驱动,一个向前转一个向后转就可以拐弯了,切记前轮一定要个转个的
2017/06/07 16:21
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大佬,车子 不会转弯吧!
2017/06/07 15:37
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枫TI博主

引用来自“K不是你的帝”的评论

牛人,羡慕!
客气了,现在Google也推出了这样的板子,可买来玩玩!
2017/05/15 10:30
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牛人,羡慕!
2017/05/15 10:10
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